Скачать презентацию Лекция 9 ВОДОРОД ГАЛОГЕНЫ ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1 Скачать презентацию Лекция 9 ВОДОРОД ГАЛОГЕНЫ ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1

2010 лекция 9 водород и галогены.ppt

  • Количество слайдов: 31

Лекция 9 ВОДОРОД, ГАЛОГЕНЫ. Лекция 9 ВОДОРОД, ГАЛОГЕНЫ.

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1. Строение атома и вытекающие из него особенности химической связи в важнейших ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ 1. Строение атома и вытекающие из него особенности химической связи в важнейших соединениях. Краткой сводкой важнейших особенностей строения атома является положение элемента в периодической системе. 2. Нахождение в природе. 3. Методы получения простого вещества в лаборатории и промышленных масштабах. 4. Физические и химические свойства простого вещества (или простых веществ, если элемент образует их несколько). При этом надо определить положение вещества в «координатах» металл-неметалл, а также описать реакционную способность. 5. Наиболее часто встречающиеся степени окисления у элементов и их сравнительная устойчивость, т. е. окислительно-восстановительные свойства. 6. Свойства (в первую очередь кислотоно-основные) важнейших соединений в каждой степени окисления. В условиях нашей кислородно-водной планеты речь, конечно, в первую очередь должна идти о соединениях с кислородом и водородом, а также гидроксидах.

ВОДОРОД - 1 s 1 – атом содержит протон и электрон - D – ВОДОРОД - 1 s 1 – атом содержит протон и электрон - D – ядро содержит протон и нейтрон - Т – ядро содержит протон и 2 нейтрона Ядра а и - устойчивы, - подвергается бета-распаду (период полураспада – 12 лет). Энергетическая диаграмма МО молекулы Н 2.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ. • • • • Zn + 2 HCl = Zn. Cl 2 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ. • • • • Zn + 2 HCl = Zn. Cl 2 + H 2 Al + Na. OH + 3 H 2 O = Na[Al(OH)4] + 3/2 H 2 Si + 4 Na. OH = Na 4 Si. O 4 + 2 H 2 Na + HOH = Na. OH + 1/2 H 2 Ca. H 2 + 2 H 2 O = Ca(OH)2 + 2 H 2 4 H 2 O + 3 Fe = Fe 3 O 4 + 4 H 2 H 2 O + C = CO + H 2 CO + Na. OH = Na. CO 2 H формиат натрия 2 H 2 O + CH 4 = CO 2 + 4 H 2 O + P = H 3 PO 4 + 5/2 H 2 Электролическое разложение воды. (H 2 O + Na. OH) K. 2 H+ + 2ē = H 2 (конечно- H 3 O+) А. 4 OH- -4 ē = O 2 + 2 H 2 O

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. • В обычных условиях двухатомный водород (Н 2) - газ без вкуса ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. • В обычных условиях двухатомный водород (Н 2) - газ без вкуса и запаха, в 14, 38 раза легче воздуха. • Ткип. = -252, 8 0 С, Тплав. = -257, 3 0 С. • При 298 К в 1 объеме Н 2 О растворяется 0, 02 объема Н 2, 1 объем Pd растворяет 800 объемов Н 2.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА. 2 Li + H 2 = 2 Li. H Cu. O ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА. 2 Li + H 2 = 2 Li. H Cu. O + H 2 = Cu + H 2 O H 2 + I 2 = 2 HI H 2 + Cl 2 = 2 HCl H 2 + 3 N 2 = 2 NH 3 H 2 +1/2 O 2(г) = H 2 O(г) + 241, 8 к. Дж H 2+O 2 = 2 OH* Eакт. = 190 к. Дж/моль H 2 + S = H 2 S Н 2 С=CН 2 + Н 2 Н 3 С-СН 3 (Восстанавливает двойные и тройные связи. ) Ag. NO 3 + H 2 = 2 Ag + 2 HNO 3 KMn. O 4 + H 2 Водород в момент выделения - сильный восстановитель. 2 KMn. O 4 + 8 H 2 SO 4 + 5 Zn = K 2 SO 4 + 2 Mn. SO 4 + 5 Zn. SO 4 + 8 H 2 O

Водородная связь. В молекуле Н 2 О атом кислорода более электроотрицателен, чем связанные с Водородная связь. В молекуле Н 2 О атом кислорода более электроотрицателен, чем связанные с ним два атома водорода, поэтому он оттягивает связывающие электроны от атомов водорода. Атом кислорода приобретает небольшой отрицательный заряд δ-, а каждый атом водорода – небольшой положительный заряд δ+. Этот положительный заряд атома водорода притягивается к неподеленной паре электронов на атоме кислорода соседней молекулы воды. Возникающая сила притяжения между атомом водорода и электроотрицательным атомом называется водородной связью.

Водородная связь. Водородная связь.

1 Фазовая диаграмма воды при умеренных давлениях. Точка О – тройная точка равновесия газообразного, 1 Фазовая диаграмма воды при умеренных давлениях. Точка О – тройная точка равновесия газообразного, жидкого и твердого состояний воды. Точка В – критическая точка воды. Кривая ОД соответствует переохлажденной воде.

Энергетическая диаграмма образования МО Н 2 О. Энергетическая диаграмма образования МО Н 2 О.

Химические реакции с участием воды. • • • • 2 Н 2 Ож Н Химические реакции с участием воды. • • • • 2 Н 2 Ож Н 3 О+(водн. ) + ОН-(водн. ) HCl + H 2 O Н 3 О+ + Cl- (Н 2 О - акцептор протона) NH 3 + H 2 O NН 4+ + OH(Н 2 О - донор протона) 2 Na + 2 H 2 O = 2 Na. OH + H 2(г) Mg + H 2 O(г) = Mg. O(тв. ) + H 2(г) 2 Fe + 2 H 2 O + O 2 = 2 Fe(OH)2 Cu. SO 4 + 5 H 2 O = Cu. SO 4 5 H 2 O Fe. Cl 3 + H 2 O Fe(OH)Cl 2 + HCl Fe(OH)Cl 2 + H 2 O Fe(OH)2 Cl + HCl Fe(OH)2 Cl + H 2 O Fe(OH)3 + HCl [Fe(H 2 O)6]Cl 3+ H 2 O [Fe(H 2 O)5 OH]Cl 2+ HCl [Fe(H 2 O)5 OH]Cl 2+ H 2 O [Fe(H 2 O)4(OH)2]Cl+ HCl [Fe(H 2 O)4(OH)2]Cl + H 2 O Fe(OH)3 3 H 2 O + HCl

Химические реакции с участием перекиси водорода. • К. 2 Н 3 О+ +2ē = Химические реакции с участием перекиси водорода. • К. 2 Н 3 О+ +2ē = 2 H 2 O + Н 2 • А. 2 SO 42 - -2ē = S 2 O 82 -; H 2 S 2 O 8 - надсерная кислота _________________ • S 2 O 82 - + 4 H 2 O = 2 SO 42 - + 2 Н 3 О+ + H 2 O 2 • Ba. O 2 + H 2 SO 4 = Ba. SO 4 + H 2 O 2 • H 2 O 2 = H 2 O + 1/2 O 2

2 KMn. O 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 2 KMn. O 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 5 O 2 + K 2 SO 4 + 2 Mn. SO 4 + 8 H 2 O _______________________ 2 Mn. O 4 - + 16 H+ + 5 H 2 O 2 = Mn 2+ + 8 H 2 O + 5 O 2 + 10 H+ 2 KI + H 2 O 2 = I 2 + 2 KOH ____________ 2 I + H 2 O 2 = I 2 + 2 OH

ГАЛОГЕНЫ • • Галогены - ярко выраженные неметаллы. В природе существуют в связанном состоянии. ГАЛОГЕНЫ • • Галогены - ярко выраженные неметаллы. В природе существуют в связанном состоянии. Валентность (степень окисления) равна -1. Кроме того существуют положительные степени окисления (кроме фтора): +1, +3, +5, +7. • На отрыв одного электрона от молекулы F 2 требуется 1735 к. Дж/моль.

F Cl Br I Электронная конфигурация 2 s 22 p 5 3 s 23 F Cl Br I Электронная конфигурация 2 s 22 p 5 3 s 23 p 5 4 s 24 p 5 5 s 25 p 5 Ковалентный радиус, пм 72 99 114 133 Энергия сродства к электрону, к. Дж/моль 332, 7 348, 7 325 290 Электроотрицательность 4, 0 2, 83 2, 74 2, 21

Электронное строение молекул галогенов. σ* p π* np np σp π σ* s ns Электронное строение молекул галогенов. σ* p π* np np σp π σ* s ns ns σs

Распространенность в природе. Фтор и хлор – 0, 06 и 0, 02 масс. %. Распространенность в природе. Фтор и хлор – 0, 06 и 0, 02 масс. %. Минералы: Ca. F 2 - флюорит, - 3 Na. F Al. F 3 - криолит и др. Хлор – Na. Cl - галит, KCl Mg. Cl 2 6 H 2 O – сильвинит и др. . Бром и иод - рассеянные элементы – 2*10 -4 и и 4 10 -5 масс. %. Основное содержание - в нефтяных буровых водах.

Получение галогенов. • Фтор - электролизом расплавленного гидрофторида. 2 KHF 2 = 2 F Получение галогенов. • Фтор - электролизом расплавленного гидрофторида. 2 KHF 2 = 2 F 2 + H 2 + 2 KF К. H+ +ē = 1/2 H 2 А. F- = 1/2 F 2 +ē

 • Хлор. Mn. O 2 + 4 HCl = Mn. Cl 2 + • Хлор. Mn. O 2 + 4 HCl = Mn. Cl 2 + 2 H 2 O – (лабор. ) Электролиз раствора Na. Cl. 2 Na. Cl + 2 H 2 O = Cl 2 + H 2 + 2 Na. OH К. 2 H 2 O +2ē = H 2 + 2 OHА. 2 Cl - 2ē = Cl 2

Бром: Cl 2 + 2 KBr = Br 2 + 2 KCl Иод: Cl Бром: Cl 2 + 2 KBr = Br 2 + 2 KCl Иод: Cl 2 + 2 KI = I 2 + 2 KCl Br 2 + 2 KI = I 2 + 2 KBr Mn. O 2+2 Na. Iтв. +3 H 2 SO 4 = 2 Na. HSO 4+Mn. SO 4+2 H 2 O+I 2

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ. • Фтор и хлор - газы, бром - жидкость, иод кристаллическое ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ. • Фтор и хлор - газы, бром - жидкость, иод кристаллическое вещество. • Галогены умеренно растворимы в воде за исключением фтора, который с ней энергично взаимодействует. • Хорошо растворяются в бензоле С 6 Н 6, хлороформе СНCl 3, четыреххлористом углероде CCl 4.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ. • Фтор - чрезвычайно активное в химическом отношении вещество. Он в ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЛОГЕНОВ. • Фтор - чрезвычайно активное в химическом отношении вещество. Он в состоянии реагировать с большинством простых и сложных веществ. Si. O 2 + F 2 = Si. F 4 + O 2 H 2 O + F 2 = 2 HF + 1/2 O 2 (O 3) C + 2 F 2 = CF 4 (на свету) H 2 + F 2 = 2 HF (взрыв) Если в темноте и сосуд из магния, реакция не идет. H 2 S + F 2 = 2 HF + S 2 P + 5 F 2 = 2 PF 5 Na. Cl + 1/2 F 2 = Na. F + 1/2 Cl 2 2 Al + 3 F 2 = 2 Al. F 3 F 2 + O 2 F 2 OF 2 + 1/2 O 2 3 F 2 + N 2 = 2 NF 3

Хлор. 2 Fe + 3 Cl 2 = 2 Fe. Cl 3 2 P Хлор. 2 Fe + 3 Cl 2 = 2 Fe. Cl 3 2 P + 3 Cl 2 = 2 PCl 3 C 10 H 16 + 8 Cl 2 = 16 HCl + 10 C скипидар CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl Cl 2 2 Cl; CH 4 + Cl CH 3* + HCl; CH 3* + Cl 2 CH 3 Cl + HCl Cl 2 2 Cl; Cl + H 2 HCl + H*; H*+Cl 2 HCl + Cl Cl 2 + 2 Na. Br = 2 Na. Cl + Br 2 5 Cl 2 + I 2 + 6 H 2 O = 2 HIO 3 + 10 HCl

 • Br 2 + 2 Na. I = 2 Na. Br + I • Br 2 + 2 Na. I = 2 Na. Br + I 2 • X 2 + H 2 O H+ + X- + HXO, где Х - Cl, Br, I. Кравны: для Cl 2 - 4, 2 10 -4; Br 2 - 7, 2 10 -9; I 2 - 2, 0 10 -13. Oкислительные свойства Х 2 уменьшаются от F 2 к I 2. • I 2 + H 3 As. O 3 + H 2 O = 2 HI + H 3 As. O 4 • I 2 + 2 KCl. O 3 = 2 KIO 3 + Cl 2

 • • • Кислоты НХ. Н 2 + Х 2 = 2 НХ • • • Кислоты НХ. Н 2 + Х 2 = 2 НХ Х - Cl, Br, I. H 2 + I 2 2 HI Ca. F 2 + H 2 SO 4 = Ca. SO 4 + HF Na. Cl + H 2 SO 4 = Na. HSO 4 + НCl PBr 3 + 3 H 2 O = H 3 PO 3 + 3 HBr I 2 + H 2 Saq = 2 HIaq + S Плотность перекрывания, а следовательно, и прочность связи Н-Х при движении вниз по подгруппе быстро падает, ковалентный радиус растет, поэтому склонность к отдаче протона по ряду HCl - HBr - HI растет.

HX + H 2 O = H 3 O+ + X- (X - Cl, HX + H 2 O = H 3 O+ + X- (X - Cl, Br, I) HF в 0, 1 н растворе, % HCl HBr HI 9 92, 6 93, 5 95

Н - F. . . H - F; H 2 F 2 H+ + Н - F. . . H - F; H 2 F 2 H+ + HF 24 HF + Si. O 2 = Si. F 4 + 2 H 2 O 2 HF + Si. F 4 = H 2[Si. F 6] - гексафторокремниевая кислота Ме. Х, [Me(H 2 O)6]Xn - галогениды металлов гидролиз галогенидов

Степень окисления +1 +3 +5 +7 Кислота HCl. O хлорноватистая HCl. O 2 хлористая Степень окисления +1 +3 +5 +7 Кислота HCl. O хлорноватистая HCl. O 2 хлористая HCl. O 3 Хлорноватая HCl. O 4 хлорная Соли Гипохлориты хлораты Перхлораты

HCl. O 1 - кислотные свойства HCl. O 2 2 - окислительные свойства HCl. HCl. O 1 - кислотные свойства HCl. O 2 2 - окислительные свойства HCl. O 3 3 - термическая устойчивость HCl. O 4 1 2 3

Cl 2 + H 2 O HCl + HCl. O 3 HCl. O H+ Cl 2 + H 2 O HCl + HCl. O 3 HCl. O H+ + Cl. O-, Ka = 4*10 -8 HCl. O - HBr. O - HIO Сила кислот уменьшается

Cl Ca(OH)2 + Cl 2 = Ca + H 2 O O Cl Хлорная Cl Ca(OH)2 + Cl 2 = Ca + H 2 O O Cl Хлорная известь Cl 2 + 2 Na. OH = Na. OCl + Na. Cl + H 2 O 3 Cl 2 + 6 KOH 5 KCl + KCl. O 3 + 3 H 2 O